Études génétiques moléculaires des gènes de la polarité planaire cellulaire dans les anomalies du tube neural chez l’Homme

Les anomalies du tube neural (ATN) sont des malformations congénitales parmi les plus fréquentes chez l’humain en touchant 1-2 nouveau-nés par 1000 naissances. Elles résultent d’un défaut de fermeture du tube neural pendant l’embryogenèse. Les formes les plus courantes d'ATN chez l'homme sont l'anencéphalie et le spina-bifida. Leur étiologie est complexe impliquant à la fois des facteurs environnementaux et des facteurs génétiques. Un dérèglement dans la signalisation Wnt, incluant la signalisation canonique Wnt/β-caténine et non-canonique de la polarité planaire cellulaire (PCP), peut causer respectivement le cancer ou les anomalies du tube neural (ATN). Les deux voies semblent s’antagoniser mutuellement. Dans cette étude, nous investiguons les rôles de Lrp6 et deANKRD6, entant qu’interrupteurs moléculaires entre les deux voies de signalisation Wnt, et CELSR1, en tant que membre de la PCP, chez la souris mutante Skax26m1Jus, générée par l’agent mutagène N-Ethyl-N-Nitrosuera, et dans une cohorte de patients humains ATN. Pour Lrp6, nous avons démontré que Skax26m1Jus représente un allèle hypermorphe de Lrp6 avec une augmentation de l’activité de la signalisation Wnt/canonique et une diminution de l’activité JNK induite par la voie PCP. Nous avons également montré que Lrp6Skax26m1Jus interagit génétiquement avec un mutant PCP (Vangl2Lp) où les doubles hétérozygotes ont montré une fréquence élevée d’ATN et des défauts dans la polarité des cellules ciliées de la cochlée. Particulièrement, notre étude démontre l'association des nouvelles et rares mutations faux-sens dans LRP6 avec les ATN humaines. Nous montrons que trois mutations de LRP6 causent une activité canonique réduite et non-canonique élevée. Pour ANKRD6, nous avons identifié quatre nouvelles et rares mutations faux-sens chez 0,8% des patients ATN et deux chez 1,3% des contrôles. Notamment, seulement deux, des six mutations validées (p.Pro548Leu et p.Arg632His) ont démontré un effet significatif sur l’activité de ANKRD6 selon un mode hypomorphique. Pour CELSR1, nous avons identifié une mutation non-sens dans l'exon 1 qui supprime la majeure partie de la protéine et une délétionde 12 pb. Cette perte de nucléotides ne change pas le cadre de lecture et élimine un motif putatif de phosphorylation par la PKC " SSR ". Nous avons également détecté un total de 13 nouveaux et rares variants faux-sens qui avaient été prédits comme étant pathogènes in silico. Nos données confirment le rôle inhibiteur de Lrp6 dans la signalisation PCP pendant la neurulation et indiquent aussi que les mutations faux-sens identifiées chez LRP6 et ANKRD6 pourraient affecter un équilibre réciproque et un antagonisme très sensible à un dosage précis entre les deux voies Wnt. Ces variants peuvent aussi agir comme facteurs prédisposants aux ATN. En outre, nos résultats impliquent aussi CELSR1 comme un facteur de risque pour les anomalies du tube neural ou l’agénésie caudale. Nos résultats fournissent des preuves supplémentaires que la voie de signalisation PCP a un rôle pathogène dans ces malformations congénitales et un outil important pour mieux comprendre leurs mécanismes moléculaires.

Influence du microbiote intestinal sur le métabolisme et la virulence des Escherichia coli entérohémorragiques

Les Escherichia coli entérohémorragiques (EHEC) représentent un problème majeur de santé publique dans les pays développés. Les EHEC sont régulièrement responsables de toxi-infections alimentaires graves chez l’humain et causent des colites hémorragiques et le symptôme hémolytique et urémique, mortel chez les enfants en bas âge. Les EHEC les plus virulents appartiennent au sérotype O157:H7 et le bovin constitue leur réservoir naturel. À ce jour il n’existe aucun traitement pour éviter l’apparition des symptômes liés à une infection à EHEC. Par conséquent, il est important d’augmenter nos connaissances sur les mécanismes employés par le pathogène pour réguler sa virulence et coloniser efficacement la niche intestinale. Dans un premier temps, l’adaptation de la souche EHEC O157:H7 EDL933 à l’activité métabolique du microbiote intestinal a été étudiée au niveau transcriptionnel. Pour se faire, EDL933 a été cultivée dans les contenus caecaux de rats axéniques (milieu GFC) et dans ceux provenant de rats colonisés par le microbiote intestinal humain (milieu HMC). Le HMC est un milieu cécal conditionné in vivo par le microbiote. Dans le HMC par rapport au GFC, EDL933 change drastiquement de profile métabolique en réponse à l’activité du microbiote et cela se traduit par une diminution de l’expression des voies de la glycolyse et une activation des voies de l’anaplérose (voies métaboliques dont le rôle est d’approvisionner le cycle TCA en intermédiaires métaboliques). Ces résultats, couplés avec une analyse métabolomique ciblée sur plusieurs composés, ont révélé la carence en nutriments rencontrée par le pathogène dans le HMC et les stratégies métaboliques utilisées pour s’adapter au microbiote intestinal. De plus, l’expression des gènes de virulence incluant les gènes du locus d’effacement des entérocytes (LEE) codant pour le système de sécrétion de type III sont réprimés dans le HMC par rapport au GFC indiquant la capacité du microbiote intestinal à réprimer la virulence des EHEC. L’influence de plusieurs composés intestinaux présents dans les contenus caecaux de rats sur l’expression des gènes de virulence d’EDL933 a ensuite été étudiée. Ces résultats ont démontré que deux composés, l’acide N-acétylneuraminique (Neu5Ac) et le N-acétylglucosamine (GlcNAc) répriment l’expression des gènes du LEE. La répression induite par ces composés s’effectue via NagC, le senseur du GlcNAc-6-P intracellulaire et le régulateur du catabolisme du GlcNAc et du galactose chez E. coli. NagC est un régulateur transcriptionnel inactivé en présence de GlcNAc-6-P qui dérive du catabolisme du Neu5Ac et du transport GlcNAc. Ce travail nous a permis d’identifier NagC comme un activateur des gènes du LEE et de mettre à jour un nouveau mécanisme qui permet la synchronisation de la virulence avec le métabolisme chez les EHEC O157:H7. La concentration du Neu5Ac et du GlcNAc est augmentée in vivo chez le rat par le symbiote humain Bacteroides thetaiotaomicron, indiquant la capacité de certaines espèces du microbiote intestinal à relâcher les composés répresseurs de la virulence des pathogènes. Ce travail a permis l’identification des adaptations métaboliques des EHEC O157:H7 en réponse au microbiote intestinal ainsi que la découverte d’un nouveau mécanisme de régulation de la virulence en réponse au métabolisme. Ces données peuvent contribuer à l’élaboration de nouvelles approches visant à limiter les infections à EHEC.

L'expression de nestine est associée à l'entrée des cardiomyocytes de rats néonataux dans le cycle cellulaire.

L’infarctus du myocarde est une des conséquences possibles de l’ischémie cardiaque; il se traduit par la mort des cardiomyocytes se situant en aval du blocus coronaire, puis par la formation d’une cicatrice formée essentiellement de dépôts de matrices extracellulaires sécrétées par les myofibroblastes. Nestine est une protéine filamenteuse intermédiaire de classe VI couramment associée à la prolifération et à la migration cellulaire. Chez l’homme et les rongeurs, à la suite d’un infarctus du myocarde, une sous-population de cardiomyocytes localisée à la zone infarcie/péri-infarcie exprimait la forme striée de nestine. Le but principal de cette étude était de déterminer la source cellulaire des cardiomyocytes nestine (+) observée dans le cœur infarci ainsi que le mécanisme de signalisation cellulaire sous-jacent impliqué dans l’expression de nestine. L’utilisation de souris transgénique a révélé que l’augmentation des cardiomyocytes nestine (+) dans le cœur infarci des souris n’était pas attribuable à la différenciation de cellules souches/progénitrices nestine (+) en cardiomyocytes nestine (+). Le traitement des cardiomyocytes ventriculaires de rats néonataux avec l’activateur des protéines kinases C PDBu et l’inhibition concomitante des voies p38 MAPK a mené à l’augmentation du nombre de ces cellules exprimant nestine. De plus, une population importante de cardiomyocytes ventriculaires de rats néonataux a incorporé la bromodéxoxyuridine, signe d’une capacité à réentrer dans le cycle cellulaire et à synthétiser de l’ADN. Sur la base de ces observations, l’apparition de cardiomyocytes nestine (+) dans le cœur infarci des rongeurs et des hommes pourrait possiblement refléter une sous-population de cardiomyocytes en prolifération tentant de régénérer le cœur infarci.

Comparaison de la perception de la douleur entre le traitement orthodontique avec Invisalign® et le traitement avec fils et boîtiers fixes

Introduction : L’inconfort causé par les appareils orthodontiques peut significativement affecter la coopération des patients dans leur traitement. La douleur, ainsi que la détérioration de la fonction (mastication, élocution) sont reconnus comme les déterminants majeurs de la coopération des patients traités par appareils amovibles. Invisalign® se positionne comme une alternative esthétique aux multiples inconforts observés lors des traitements fixes avec boîtiers. À ce jour, peu d’études ont cherché à comparer la douleur (quantitativement et qualitativement) perçue entre cette technique et celle avec boîtiers fixes sur une longue période. Objectif : L’objectif de la présente étude est d’évaluer la douleur ressentie par les patients qui suivent un traitement orthodontique avec coquilles correctrices Invisalign® et de la comparer avec celle des patients qui suivent un traitement orthodontique conventionnel avec des boîtiers fixes. Matériels et Méthodes: L’étude compte 70 patients (29 garçons, 41 filles), moyenne d’âge de 16 ans [11 à 30]. Les trois sous-groupes sont Invisalign® (n=31), boîtiers Damon (n=19) et boîtiers Speed (n=20). Les groupes avec boîtiers (Damon et Speed) sont les 2 groupes de l’étude menée au sein de la clinique d’Orthodontie de l’Université de Montréal en 2011 qui comparait la perception de la douleur durant le traitement orthodontique entre boîtiers auto-ligaturants passifs et actifs. L’étude a été organisée en 4 phases correspondant à l’insertion des 4 premiers fils pour les groupes avec boîtiers (Phase 1: 0,016" Supercable, Phase 2: 0,016" CuNiTi, Phase 3: 0,016"x0,022" CuNiTi, Phase 4: 0,019"x0,025" CuNiTi) et à l’insertion des coquilles 1, 4, 7 et 10 pour le groupe Invisalign®. À l’aide d’un questionnaire, l’étude évalue pour chaque phase l’ampleur (grâce à une échelle visuelle analogue EVA), la durée et la localisation de la douleur à 6 différents points (T1: immédiatement après l’insertion, T2: 5h après, T3: 24h après, T4: 3 jours après, T5: une semaine après, T6: 2 semaines après). Résultats: À T1Ph3 le pourcentage de patients rapportant de la douleur était plus élevé avec Damon qu’avec Invisalign® (p=0,032) (Damon=55,6% ; Invisalign®=23,3%) mais il n’y avait pas de différence avec le groupe Speed (p=0,114). Les patients avec Invisalign® rapportaient significativement moins d’irritation des tissus mous (muqueuses, gencives) que les patients avec des boîtiers. Pour les résultats des EVA, les différences étaient statistiquement significatives à 2 temps : T3Ph1 (Médiane Invisalign®=33,31, Médiane Speed=49,47; p=0,025) et T3Ph4 (Médiane Invisalign®=13,15, Médiane Damon=27,28; p=0,014). Pour la majorité des patients la douleur ne nécessitait pas la prise de médicament et il n’y avait pas de différence significative entre les groupes sur ce point. La qualité de vie était légèrement affectée lors de la première phase et moindrement pour le groupe Invisalign® que pour les groupes avec boîtiers. Pour les patients Invisalign®, la douleur atteignait son niveau le plus élevé entre 5 et 24 heures après l’insertion de la première coquille, et diminuait en intensité et en durée à chaque phase. Conclusion: La perception de la douleur lors d’un traitement orthodontique avec Invisalign® est inférieure à celle ressentie lors d’un traitement avec des boîtiers fixes. Cette méthode de traitement est donc une thérapie attirante pour les patients désirant un traitement esthétique et relativement confortable.

Caractérisation des lymphocytes T CD4+CD8+ dans le contexte de la sclérose en plaques

Une petite population de lymphocytes T exprimant les deux corécepteurs CD4 et CD8 et appelée double positive (DP), a été détectée dans le sang périphérique de donneurs sains et de patients atteints de diverses pathologies dont la sclérose en plaques (SEP). Nous avons émis l’hypothèse qu’il s’agissait de lymphocytes T hautement activés pouvant contribuer à l’inflammation chronique présente dans la SEP. Nous avons comparé les cellules T DP obtenues du sang de donneurs sains et de patients atteints de la SEP et non traités. La fréquence des cellules DP était similaire chez les patients et les donneurs sains. La proportion de lymphocytes T DP qui exprimaient les chaines du récepteur de l’interleukine-15 (IL-15) était plus élevée que pour les autres populations lymphocytaires. Des mesures d’induction de la phosphorylation du STAT5 (signal transducer and activator of transcription) ont démontré que les cellules DP ont répondu à des doses plus faibles et pour de plus longues périodes à l’IL-15 comparativement aux autres lymphocytes T. Le pourcentage de lymphocytes T DP ayant la capacité de produire l’interféron-gamma et des enzymes lytiques était élevé chez les témoins sains mais ces niveaux étaient significativement réduits chez les patients atteints de la SEP. La caractérisation phénotypique de cellules DP a suggéré que ces cellules ont des propriétés similaires aux lymphocytes T activés. Bien qu’il ne s’agisse que d’une caractérisation partielle, il semble que les lymphocytes T DP perdent une partie de leurs propriétés chez les patients atteints de la SEP.

Linseed Oil as a Multipurpose Ingredient in NBR Vulcanizate

ABSTRACT: Linseed oil is used in the dual roles of the plasticizer and the fatty acid component of the activator in nitrile rubber vulcanizates. The study shows that the substitution can substantially improve the mechanical properties in addition to other advantages such as increased cure rate, reduced leachability and reduced compound cost.

Rubber Seed Oil: A Multipurpose Additive in NR and SBR Compounds

ABSTRACT: Rubber seed oil was used as a multipurpose ingredient in natural rubber (NR) and styrene butadiene rubber (SBR) compounds. The study shows that the oil, when substituted for conventional plasticiser, imparts excellent mechanical properties to NR and SBR vulcanizates. Further, it also improves aging resistance, reduces cure time, increases abrasion resistance and flex resistance, and reduces blooming.

Modification of Polypropylene and Polystyrene Using Nanosilica

The present work focuses on the modification of the commonly used thermoplastics, polypropylene and polystyrene using nanosilica preparcd from a cheap source of sodium silicate. Melt compounding technique has been used for nanocomposite preparation as it is simple and suited to injection moulding. Nanosilica in a polymer matrix provide significant enhancement in strength, stiffness and impact strength. Incorporation of silica particles in a polymer also improves its thennal stability. To achieve better dispersion of fillers in polymer matrices the mixing was done at different shear rates. The enhancement in material properties indicates that at higher shear rates there is greater interaction between particles and the matrix and it depends on filler concentration and type of polymer used. N anosilica is a useful filler in thennoplastic polymers and has been applied in automotive applications, electronic appliances and consumer goods.This thesis is divided into six chapters. General introduction to the topic is described in chapter 1. Salient features of polymer nanocomposites, their synthesis, properties and applications are presented. A review of relevant literature and the scope and objectives are also mentioned in this chapter.The materials used and the vanous experimental method and techniques employed in the study are described in chapter 2. Preparation of nanocomposites by melt blending using Thenno Haake Rheocord, preparation of samples, evaluation of mechanical and thennal properties using UTM, Impact testing and characterization using DMA, TGA and DSC and morphology by SEM are described.The preparation of nanosilica from a laboratory scale to a pilot plant scale is described in chapter 3. Generation of surface modified silica, evaluation of kinetic parameters of the synthesis reaction, scale up of the reactor and modeling of the reactor are also dealt with in this chapter.The modification of the commodity thennoplastic, Polypropylene using nanosilica is described in chapter 4. Preparation of PP/silica nanocomposites, evaluation of mechanical properties, thermal and crystallization characteristics, water absorption and ageing resistance studies are also presented.The modification of Polystyrene using synthesized nanosilica IS described in chapter 5. The method of preparation of PS/silica nanocomposites, evaluation of mechanical properties (static and dynamic), thermal properties melt flow characteristics using Haake Rheocord, water absorption and ageing resistance of these nanocomposites are studied.

Applications of cardanol in rubber processing

This research project explores the utilization of cardanol in various capacities for rubber processing. Cardanol is a phenol with a long side chain in the meta position of the benzene ring. It is obtained by the vacuum distillation of cashew Hut shell liquid (CNSL) which is a cheap agro-byproduct. In this study, the plasticizer property of cardanol was investigated in silica filled and HAF black filled NR, NBR, EPDM and CR by comparing cure characteristics and mechanical properties of vulcanizates containing conventional plasticizer with those containing cardanol as plasticizer. The co-activator, antioxidant and accelerator properties were investigated in gum samples of NR, NBR, EPDM and CR by comparing the properties of vulcanizates which contain conventional co-activator, antioxidant and accelerator with those in which each of them was replaced by cardanol. The general effectiveness of cardanol was investigated by determination of cure time , measurement of physical and mechanical properties, ageing studies, crosslink density, extractability, FTIR spectra, TGA etc.The results show that cardanol can be a substitute for aromatic oil in both silica filled and HAF black filled NR. Again, it can replace dioctyl phthalate in both silica filled and HAF black filled NBR. Similarly, cardanol Can replace naphthenic oil in silica filled as well as HAF black filled EPDM and CR. The cure characteristics and mechanical properties are comparable in all the eight cases. The co-activator property of cardanol is comparable to stearic acid in all the four rubbers. The cure characteristics and mechanical properties in this case are also comparable. The antioxidant ,property of cardanol is comparable to TQ in all the four rubbers. The antioxidant property of cardanol is comparable to TQ in all the four case of NBR and EPDM.The accelerator property of cardarlol is comparable with CBS in the case of NBR and EPDM. No accelerator property is observed in the case of NR. The accelerator property of cardanol in CR is not negligible when compared with TMTD.

Studies on new processing aids and other compounding ingredients in special purpose rubbers

In the first part of the study we probed the effectiveness of rice bran oil as a multipurpose compounding ingredient for nitrile (NBR) and chloroprene (CR) rubbers. This oil has already been successfully employed in the compounding of NR and SBR in this laboratory.In this context we thought it worthwhile to try this oil in the polar rubbers viz, NBR and CR also. The principle of like dissolves like as applicable to solvents is equally applicable while selecting a plasticiser, elastomer combination. Because of the compatibility considerations polar plasticisers are preferred for polar rubbers like NBR and CR. Although plasticisation is a physical phenomenon and no chemical reaction is involved, the chemical structure of plasticisers determines how much physical attraction there is between the rubber and the plasticiser. In this context it is interesting to note that the various fatty acids present in rice bran oil have a long paraffinic chain, characteristic of waxes, with an acid group at the end of the molecule. The paraffinic end of the molecule contributes lubricating effects and limits compatibility whereas the acid end group contributes some polarity and is also chemically reactive. Because of absorption of acid group on the surface of pigments, these acids will have active pigment wetting characteristics also. These factors justifies the role of rice bran oil as a co-activator and lubricating agent for NBR and CR. In fact in our study we successfully replaced stearic acid as co-activator and aromatic oillDOP as processing aid for CR and NBR with rice bran oil.This part of the study has got special significance in the fact that rubber industry now heavily depends on petroleum industry for process oils. The conventional process oils like aromatic, naphthenic and paraffinic oils are increasingly becoming costlier, as its resources in nature are fast depleting. Moreover aromatic process oils are reported to be carcinogenic because of the presence of higher levels of polycyclic aromatic compounds in these oils.As a result of these factors, a great amount research is going on world over for newer processing aids which are cost effective, nontoxic and performanance wise at par with the conventional ones used in the rubber industry. Trials with vegetable oils in this direction is worth trying.Antioxidants are usually added to the rubber compound to minimise ageing effects from heat, light, oxygen etc. As rice bran oil contains significant amount of tocopherols and oryzanol which are natural antioxidants, we replaced a phenolic antioxidant like styrenated phenol (SP) from the compound recipe of both the rubbers with RBO and ascertained whether this oil could function in the role of antioxidant as well.Preparation and use of epoxidised rice bran oil as plasticiser has already been reported.The crude rice bran oil having an iodine value of 92 was epoxidised in this laboratory using peracetic acid in presence of sulphuric acid as catalyst. The epoxy content of the epoxidised oil was determined volumetrically by treating a known weight of the oil with excess HCI and back titrating the residual HCI with standard alkali solution. The epoxidised oil having an epoxy content of 3.4% was tried in the compounding of NBR and CR as processing aids. And results of these investigations are also included in this chapter. In the second part of the study we tried how RBO/ERBO could perform when used as a processing aid in place of aromatic oil in the compounding of black filled NRCR blends. Elastomers cannot have all the properties required for a particular applications, so it is common practice in rubber industry to blend two elastomers to have desired property for the resulting blend.In this RBO/ERBO was tried as a processing aid for plasticisation, dispersion of fillers, and vulcanisation of black filled NR-CR blends.Aromatic oil was used as a control. The results of our study indicate that these oils could function as a processing aid and when added together with carbon black function as a cure accelerator also.PVC is compatible with nitrile rubber in all proportions, provided NBR has an acrylonitrile content of 25 to 40%. Lower or higher ACN content in NBR makes it incompatible with PVC.PVC is usually blended with NBR at high temperatures. In order to reduce torque during mixing, additional amounts of plasticisers like DOP are added. The plasticiser should be compatible both with PVC and NBR so as to get a homogeneous blend. Epoxidised soyaben oil is reported to have been used in the compounding of PVC as it can perfonn both as an efficient plasticiser and heat stabilizer.At present DOP constitute the largest consumed plasticiser in the PVC compounding. The migration of this plasticiser from food packaging materials made of PVC poses great health hazards as this is harmful to human body. In such a scenario we also thought it worthwhile to see whether DOP could be replaced by rice bran oil in the compounding of NBR-PVC blends Different blends of NBR-PVC were prepared with RBO and were vulcanized using sulphur and conventional accelerators. The various physical and mechanical properties of the vulcanisates were evaluated and compared with those prepared with DOP as the control plasticiser. Epoxidised rice bran oil was also tried as plasticiser for the preparation of NBR-PVC blends. A comparison of the processability and cure characteristics of the different blends prepared with DOP and ERBO showed that ERBO based blends have better processability and lower cure time values. However the elastographic maximum torque values are higher for the DOP based blends. Almost all of the physical properties evaluated are found to be slightly better for the DOP based blends over the ERBO based ones. However a notable feature of the ERBO based blends is the better percentage retention of elongation at break values after ageing over the DOP based blends. The results of these studies using rice bran oil and its epoxidised variety indicated that they could be used as efficient plasticisers in place of DOP and justifies their role as novel, nontoxic, and cheap plasticisers for NBR-PVC blends.

Stringed bed suspended bioreactors (SBSBR)for in situ nitrification in penaeid and non-penaeid hatchery systems

For establishing nitrification in prawn (non-penaeid, salinity 10–15 ppt) and shrimp (penaeid, salinity 30–35 ppt) larval production systems, a stringed bed suspended bioreactor (SBSBR) was designed, fabricated, and validated. It was fabricated with 5 mm polystyrene and low density polyethylene beads as the substrata for ammonia and nitrite oxidizing bacterial consortia, respectively, with an overall surface area of 684 cm2. The reactors were activated in a prototype activator and were transported in polythene bags to the site of testing. Performance of the reactors activated with the nitrifying bacterial consortia AMONPCU-1 (ammonia oxidizers for non-penaeid culture) and NIONPCU-1 (nitrite oxidizers for non-penaeid culture) was evaluated in a Macrobrachium rosenbergii larval rearing system and those activated with AMOPCU-1 (ammonia oxidizers for penaeid culture) and NIOPCU-1 (nitrite oxidizers for penaeid culture) in a Penaeus monodon seed production system. Rapid setting up of nitrification could be observed in both the static systems which resulted in a higher relative per cent survival of larvae

Synthesis and Photoluminescence Properties of Novel Red Phosphors for White Light Emitting Diode Applications

Several series of Eu3+ based red emitting phosphor materials were synthesized using solid state reaction route and their properties were characterized. The present studies primarily investigated the photoluminescence properties of Eu3+ in a family of closely related host structure with a general formula Ln3MO7. The results presented in the previous chapters throws light to a basic understanding of the structure, phase formation and the photoluminescence properties of these compounds and their co-relations. The variation in the Eu3+ luminescence properties with different M cations was studied in Gd3-xMO7 (M = Nb, Sb, Ta) system.More ordering in the host lattice and more uniform distribution of Eu3+ ions resulting in the increased emission properties were observed in tantalate system.Influence of various lanthanide ion (Lu, Y, Gd, La) substitutions on the Eu3+ photoluminescence properties in Ln3MO7 host structures was also studied. The difference in emission profiles with different Ln ions demonstrated the influence of long range ordering, coordination of cations and ligand polarizability in the emission probabilities, intensity and quantum efficiency of these phosphor materials. Better luminescence of almost equally competing intensities from all the 4f transitions of Eu3+ was noticed for La3TaO7 system. Photoluminescence properties were further improved in La3TaO7 : Eu3+ phosphors by the incorporation of Ba2+ ions in La3+ site. New red phosphor materials Gd2-xGaTaO7 : xEu3+ exhibiting intense red emissions under UV excitation were prepared. Optimum doping level of Eu3+ in these different host lattices were experimentally determined. Some of the prepared samples exhibited higher emission intensities than the standard Y2O3 : Eu3+ red phosphors. In the present studies, Eu3+ acts as a structural probe determining the coordination and symmetry of the atoms in the host lattice. Results from the photoluminescence studies combined with the powder XRD and Raman spectroscopy investigations helped in the determination of the correct crystal structures and phase formation of the prepared compounds. Thus the controversy regarding the space groups of these compounds could be solved to a great extent. The variation in the space groups with different cation substitutions were discussed. There was only limited understanding regarding the various influential parameters of the photoluminescence properties of phosphor materials. From the given studies, the dependence of photoluminescence properties on the crystal structure and ordering of the host lattice, site symmetries, polarizability of the ions, distortions around the activator ion, uniformity in the activator distribution, concentration of the activator ion etc. were explained. Although the presented work does not directly evidence any application, the materials developed in the studies can be used for lighting applications together with other components for LED lighting. All the prepared samples were well excitable under near UV radiation. La3TaO7 : 0.15Eu3+ phosphor with high efficiency and intense orange red emissions can be used as a potential red component for the realization of white light with better color rendering properties. Gd2GaTaO7 : Eu3+, Bi2+ red phosphors give good color purity matching to NTSC standards of red. Some of these compounds exhibited higher emission intensities than the standard Y2O3 : Eu3+ red phosphors. However thermal stability and electrical output using these compounds should be studied further before applications. Based on the studies in the closely related Ln3MO7 structures, some ideas on selecting better host lattice for improved luminescence properties could be drawn. Analyzing the CTB position and the number of emission splits, a general understanding on the doping sites can be obtained. These results could be helpful for phosphor designs in other host systems also, for enhanced emission intensity and efficiency.

The role of Ken&Barbie in JAK/STAT signalling during development of Drosophila melanogaster

Cell-cell interactions during embryonic development are crucial in the co-ordination of growth, differentiation and maintenance of many different cell types. To achieve this co-ordination each cell must properly translate signals received from neighbouring cells, into spatially and temporally appropriate developmental responses. A surprisingly limited number of signal pathways are responsible for the differentiation of enormous variety of cell types. As a result, pathways are frequently 'reused' during development. Thus, in mammals the JAK/STAT pathway is required during early embryogenesis, mammary gland formation, hematopoiesis and, finally, plays a pivotal role in immune response. In the canonical way, the JAK/STAT pathway is represented by a transmembrane receptor associated with a Janus kinase (JAK), which upon stimulation by an extra-cellular ligand, phosphorylates itself, the receptor and, finally, the signal transducer and activator of transcription (STAT) molecules. Phosphorylated STATs dimerise and translocate to the nucleus where they activate transcription of target genes. The JAK/STAT pathway has been conserved throughout evolution, and all known components are present in the genome of Drosophila melanogaster. Besides hematopoietic and immunity functions, the pathway is also required during development for processes including embryonic segmentation, tracheal morphogenesis, posterior spiracle formation etc. This study describes Drosophila Ken&Barbie (Ken) as a selective regulator of JAK/STAT signalling. ken mutations identified in a screen for modulators of an eye overgrowth phenotype, caused by over-expression of the pathway ligand unpaired, also interact genetically with the pathway receptor domeless (dome) and the transcription factor stat92E. Over-expression of Ken can phenocopy developmental defects known to be caused by the loss of JAK/STAT signalling. These genetic interactions suggest that Ken may function as a negative regulator of the pathway. Ken has C-terminal Zn-finger domain, presumably for DNA binding, and N-terminal BTB/POZ domain, often found in transcriptional repressors. Using EGFP-fused construct expressed in vivo revealed nuclear accumulation of Ken. Therefore, it is proposed that Ken may act as a suppresser of STAT92E target genes. An in vitro assay, termed SELEX, determined that Ken specifically binds to a DNA sequence, with the essential for DNA recognition core overlapping that of STAT92E. This interesting observation suggests that not all STAT92E sites may also allow Ken binding. Strikingly, when effects of ectopic Ken on the expression of putative JAK/STAT pathway target genes were examined, only a subset of the genes tested, namely vvl, trh and kni, were down-regulated by Ken, whereas some others, such as eve and fj, appeared to be unresponsive. Further analysis of vvl, one of the genes susceptible to ectopic Ken, was undertaken. In the developing hindgut, expression of vvl is JAK/STAT pathway dependent, but remains repressed in the posterior spiracles, despite the stimulation of STAT92E by Upd in their primordia. Importantly, ken is also expressed in the developing posterior spiracles. Strikingly, up-regulation of vvl is observed in these tissues in ken mutant embryos. These imply that while ectopic Ken is sufficient to repress the expression of vvl in the hindgut, endogenous Ken is also necessary to prevent its activation in the posterior spiracles. It is therefore conceivable that ectopic vvl expression in the posterior spiracles of the ken mutants may be the result of de-repression of endogenous STAT92E activity. Another consequence of these observations is a fine balance that must exist between STAT92E and Ken activities. Apparently, endogenous level of Ken is sufficient to repress vvl, but not other, as yet unidentified, JAK/STAT pathway targets, whose presumable activation by STAT92E is required for posterior spiracle development as the embryos mutant for dome, the receptor of the pathway, show severe spiracle defects. These defects are also observed in the embryos mis-expressing Ken. Though it is possible that the posterior spiracle phenotype caused by higher levels of Ken results from a JAK/STAT pathway independent activity, it seems to be more likely that Ken acts in a dosage dependent manner, and extra Ken is able to further antagonise JAK/STAT pathway target genes. While STAT92E binding sites required for target gene expression have been poorly characterised, the existence of genome data allows the prediction of candidate STAT92E sites present in target genes promoters to be attempted. When a 6kb region containing the putative regulatory domains flanking the vvl locus are examined, only a single potential STAT92E binding site located 825bp upstream of the translational start can be detected. Strikingly, this site also includes a perfect Ken binding sequence. Such an in silico observation, though consistent with both Ken DNA binding assay in vitro and regulation of STAT92E target genes in vivo, however, requires further analysis. The JAK/STAT pathway is implicated in a variety of processes during embryonic and larval development as well as in imago. In each case, stimulation of the same transcription factor results in different developmental outcomes. While many potential mechanisms have been proposed and demonstrated to explain such pleiotropy, the present study indicates that Ken may represent another mechanism, with which signal transduction pathways are controlled. Ken selectively down-regulates a subset of potential target genes and so modifies the transcriptional profile generated by activated STAT92E - a mechanism, which may be partially responsible for differences in the morphogenetic processes elicited by JAK/STAT signalling during development.

Characterization of the role of Drosophila JAK/STAT signalling in cellular proliferation

Der Janus Kinase / signal transducer and activator of transcription (JAK/STAT) Signal- transduktionsweg wird für viele Entwicklungsvorgänge benötigt und spielt eine zentrale Rolle bei der Hämatopoese und bei der Immunantwort. Obwohl der JAK/STAT-Signalweg in den vergangenen Jahren Gegenstand intensiver Forschung war, erschwert die Redundanz des Signalwegs bei Wirbeltieren genetische Untersuchungen zur Identifizierung derjenigen Mechanismen, die den JAK/STAT-Signalweg regulieren. Der JAK/STAT-Signaltransduktionsweg ist evolutionär konserviert und ebenfalls bei der Taufliege Drosophila melanogaster vorhanden. Im Gegensatz zu Wirbeltieren ist der Signaltransduktionsweg von Drosophila weniger redundant und beinhaltet folgende Hauptkomponenten: den Liganden Unpaired (Upd), den Transmembranrezeptor Domeless (Dome), die einzige JAK-Tyrosinkinase Hopscotch (hop), sowie den Transkriptionsfaktor STAT92E. In der vorliegenden Arbeit wird die Rolle des JAK/STAT-Signalwegs bei der zellulären Proliferation mithilfe der Modellsysteme der Flügel- und der Augen-Imaginalscheiben von Drosophila charakterisiert. "Loss-of-function"- und "Gain-of-function"-Experimente zur Verminderung beziehungs-weise Erhöhung der Signalaktivität zeigten, dass der JAK/STAT-Signalweg eine Rolle bei der zellulären Proliferation der Flügel-Imaginalscheiben spielte, ohne die Zellgröße oder Apoptose zu verändern. Bei der Flügelentwicklung während des zweiten und des frühen dritten Larvalstadiums war die Aktivität des JAK/STAT-Signalwegs sowohl notwendig für die zelluläre Proliferation als auch hinreichend, um Überproliferation anzutreiben. Allerdings änderte sich während der späten dritten Larvalstadien die JAK/STAT-Signalaktivität, sodass endogene STAT92E-Mengen einen anti-proliferativen Effekt im gleichen Gewebe aufwiesen. Weiterhin reichte die ektopische Aktivierung des JAK/STAT-Signalwegs zu diesem späten Entwicklungszeitpunkt aus, um die Mitose zu inhibieren und die Zellen in der Phase G2 des Zellzyklus zu arretieren. Diese Ergebnisse legen den Schluss nahe, dass der JAK/STAT-Signalweg sowohl pro-proliferativ in frühen Flügelscheiben als auch anti-proliferativ zu späten Stadien der Flügelscheiben-Entwicklung wirken kann. Dieser späte anti-proliferative Effekt wurde durch einen nicht-kanonischen Mechanismus der STAT92E-Aktivierung vermittelt, da späte hop defiziente Zellverbände im Vergleich zu Wildtyp-Zellen keine Veränderungen im Ausmaß der zellulären Proliferation aufwiesen. Ferner konnte gezeigt werden, dass eine während der Larvalstadien exprimierte dominant-negative und im N-Terminus deletierte Form von STAT92E (?NSTAT92E) nicht für den anti-proliferativen Effekt verantwortlich ist. Diese Tatsache ist ein weiteres Indiz dafür, dass das vollständige STAT92E den späten anti-proliferativen Effekt verursacht. Um Modulatoren für die von JAK/STAT vermittelte zelluläre Proliferation zu identifieren, wurde ein P-Element-basierter genetischer Interaktions-Screen in einem sensibilisierten genetischen Hintergrund durchgeführt. Insgesamt wurden dazu 2267 unabhängige P-Element-Insertionen auf ihre Wechselwirkung mit der JAK/STAT-Signalaktivität untersucht und 24 interagierende Loci identifiziert. Diese Kandidaten können in folgende Gruppen eingeordnet werden: Zellzyklusproteine, Transkriptionsfaktoren, DNA und RNA bindende Proteine, ein Mikro-RNA-Gen, Komponenten anderer Signaltransduktionswege und Zelladhäsionsproteine. In den meisten Fällen wurden mehrere Allele der interagierenden Kandidatengene getestet. 18 Kandidatengene mit übereinstimmend interagierenden Allelen wurden dann zur weiteren Analyse ausgewählt. Von diesen 18 Kandidaten-Loci wurden 7 mögliche JAK/STAT-Signalwegskomponenten und 6 neue Zielgene des Signalwegs gefunden. Zusammenfassend wurde das Verständnis um STAT92E verbessert. Dieses Protein hat die gleiche Funktion wie das STAT3-Protein der Wirbeltiere und treibt die zelluläre Proliferation voran. Analog zu STAT1 hat STAT92E aber auch einen anti-proliferativen Effekt. Ferner wurden 24 mögliche Modulatoren der JAK/STAT-Signalaktivität identifiziert. Die Charakterisierung dieser Wechselwirkungen eröffnet vielversprechende Wege zu dem Verständnis, wie JAK/STAT die zelluläre Proliferation reguliert und könnte bei der Entwicklung von neuartigen therapeutischen Targets zur Behandlung von Krebskrankheiten und Entwicklungsstörungen beitragen.

Development of thermo-analytical prediction and classification models for food in thermal devices using a multi sensor system and artificial neural networks

Die thermische Verarbeitung von Lebensmitteln beeinflusst deren Qualität und ernährungsphysiologischen Eigenschaften. Im Haushalt ist die Überwachung der Temperatur innerhalb des Lebensmittels sehr schwierig. Zudem ist das Wissen über optimale Temperatur- und Zeitparameter für die verschiedenen Speisen oft unzureichend. Die optimale Steuerung der thermischen Zubereitung ist maßgeblich abhängig von der Art des Lebensmittels und der äußeren und inneren Temperatureinwirkung während des Garvorgangs. Das Ziel der Arbeiten war die Entwicklung eines automatischen Backofens, der in der Lage ist, die Art des Lebensmittels zu erkennen und die Temperatur im Inneren des Lebensmittels während des Backens zu errechnen. Die für die Temperaturberechnung benötigten Daten wurden mit mehreren Sensoren erfasst. Hierzu kam ein Infrarotthermometer, ein Infrarotabstandssensor, eine Kamera, ein Temperatursensor und ein Lambdasonde innerhalb des Ofens zum Einsatz. Ferner wurden eine Wägezelle, ein Strom- sowie Spannungs-Sensor und ein Temperatursensor außerhalb des Ofens genutzt. Die während der Aufheizphase aufgenommen Datensätze ermöglichten das Training mehrerer künstlicher neuronaler Netze, die die verschiedenen Lebensmittel in die entsprechenden Kategorien einordnen konnten, um so das optimale Backprogram auszuwählen. Zur Abschätzung der thermische Diffusivität der Nahrung, die von der Zusammensetzung (Kohlenhydrate, Fett, Protein, Wasser) abhängt, wurden mehrere künstliche neuronale Netze trainiert. Mit Ausnahme des Fettanteils der Lebensmittel konnten alle Komponenten durch verschiedene KNNs mit einem Maximum von 8 versteckten Neuronen ausreichend genau abgeschätzt werden um auf deren Grundlage die Temperatur im inneren des Lebensmittels zu berechnen. Die durchgeführte Arbeit zeigt, dass mit Hilfe verschiedenster Sensoren zur direkten beziehungsweise indirekten Messung der äußeren Eigenschaften der Lebensmittel sowie KNNs für die Kategorisierung und Abschätzung der Lebensmittelzusammensetzung die automatische Erkennung und Berechnung der inneren Temperatur von verschiedensten Lebensmitteln möglich ist.